本發(fā)明涉及一種水性單組分涂料，該涂料的制備方法，以及該涂料的用途，屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著人們對環(huán)保及能源的日益重視，世界各國都相繼制定或正在制定日趨嚴歷的法律法規(guī)，嚴格限制涂料VOC的排放量。我國為了適應(yīng)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和日趨嚴重的環(huán)境問題，明確提出要加快發(fā)展高性能、節(jié)能、與功能性涂料及配套原料的研究，特別指出要開發(fā)水性汽車漆和水性塑料涂料。由于各種塑料及其愈來愈多的衍生復合產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)消費品行業(yè)，包括汽車塑料件、家電、玩具、手機等電子消費品等主要應(yīng)用領(lǐng)域，大規(guī)模的工業(yè)涂裝帶來了大量的VOC排放，因此，由有機溶劑涂料向水性涂料的轉(zhuǎn)換刻不容緩。

聚氨酯涂料具有較好的耐水性、耐候性、良好的機械性能、高光、耐濕氣等優(yōu)點，而受到廣泛地應(yīng)用。而水性聚氨酯越來越受到重視，特別是近幾年水性聚氨酯的制備技術(shù)更是突飛猛進。ABS、PVC、PS、HIPS、PC等塑料屬于非結(jié)晶塑料，由于非結(jié)晶塑料的非結(jié)晶性，有著較高的表面能及表面極性，因此與涂層附著力較強，在水性樹脂選擇上有著較大的范圍，常見的丙烯酸酯乳液、丙烯酸聚氨酯分散體等均可用于非結(jié)晶塑料表面，但是這些都是在上述塑膠基材上單層涂層所體現(xiàn)的良好附著力，如果和UV罩光清漆配套，整個涂層的附著力基本喪失。

專利WO2006093916-A2 介紹了一種水性涂料組合物，它是由包含底漆樹脂的有機相、水相和乳化劑組成，可以作為涂料的添加劑，改善涂料的附著力，可以用于木材或 塑料表面。

Michael D. Gerno等研究了鏈烷醇胺等水性中和劑的添加對塑料用水性涂料附著力的影響，在相同對比試驗下，使用不同中和劑的水性涂料對塑料基材的附著力是有差別的。

美國專利US6184281-B2介紹了一種金屬離子交聯(lián)的塑料基材用涂膜，它包括胺中和的多羧基水基分散樹脂和提供交聯(lián)點的復合鋅銨鹽，涂膜具有良好的柔韌性、高光、耐濕氣等優(yōu)點，主要用于高極性塑料基材的外保護。

歐洲專利EP1159323介紹了一種水性聚氨酯分散體用于塑料涂料，特別是用于汽車塑料零部件上，對塑料基材具有優(yōu)異附著力、耐水性和耐鹽霧性。

中國發(fā)明專利CN200610026688.6和中國發(fā)明專利CN200610026686.7報道了采用水性納米復合聚酯樹脂制備的水性聚氨酯涂層和水性聚酯-氨基樹脂涂層材料，可用于極性塑料表面涂層。

生產(chǎn)水性塑料用樹脂及涂料的公司如美國PPG公司、美國Rohm and Haas公司、德國Bayer公司、德國BASF公司、德國Alberdingk公司、日本DIC等，產(chǎn)品主要用于ABS、PVC、PS、PC等塑料表面噴涂；中國科學院成都有機化學公司和恒昌涂料有限公司開發(fā)的水性塑膠涂料，主要用于PVC、ABS、PS、HIPS等塑料表面噴涂和皮革涂飾。已有的水性塑料涂料涂膜的硬度、光澤等還有待進一步提高。

水性聚氨酯及丙烯酸改性聚氨酯等水性樹脂對于極性塑料表面具有很好的粘接力，但如何開發(fā)一種和UV罩光清漆配套，與現(xiàn)有生產(chǎn)流水線配套，將現(xiàn)有的溶劑型涂料轉(zhuǎn)換成水性單組份塑膠涂料是一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種與非結(jié)晶塑膠基材之間具有優(yōu)異的界面附著力的涂料，以及這種涂料的制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的一種技術(shù)方案是：一種涂料，包括以下組分：90～110重量份的含羧基的陰離子水性樹脂、15～40重量份的耐水顏料、5～15重量份的體質(zhì)顏料、7～12重量份的助劑、2～4重量份的界面附著力增進劑、15～25重量份的去離子水；所述界面附著力增進劑由金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物反應(yīng)而成。

上述金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物在反應(yīng)中的質(zhì)量比為3.5～4.5∶1.5～2.5∶1。

上述金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物在反應(yīng)中的質(zhì)量比為4∶2∶1。

上述金屬有機物是鈦酸異丙酯、異丙醇鋁、鋯酸酯、乙酰丙酮鋁、乙酰丙酮鐵中的一種或多種；所述多異氰酸酯是TDI-TMP加成物、TDI三聚體、縮二脲N75或N3390HDI三聚體中的一種或多種；所述含有羥基的低聚物是A81醛酮樹脂、固體羥基丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、羥烴基有機硅金額羥基氟樹脂中的一種或多種。

上述體質(zhì)顏料是碳酸鈣、硫酸鋇、硅酸鋁、高嶺土、滑石粉中的一種或多種。

上述助劑包括分散劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑；所述分散劑是聚羧酸鹽類分散劑；所述潤濕劑是二烷基磺基琥珀酸鹽、烷基萘磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、硫酸月桂酯、烷基吡啶鹽氯化物、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、乙炔乙二醇中的一種或多種；所述流平劑是有機硅類流平劑、非離子型聚氨酯流平劑中的一種或多種；所述消泡劑是聚醚類消泡劑、礦物油消泡劑、有機硅類消泡劑中的一種或多種；所述成膜助劑是丙二醇醚、丁二醇醚、酸酯類化合物中的一種或多種；

上述助劑還包括紫外光吸收劑、光穩(wěn)定劑、防凍劑、防霉劑中的一種或多種。

上述含羧基的陰離子水性樹脂是含羧基的陰離子水性聚氨酯樹脂、含羧基的陰離子水性丙烯酸改性聚氨酯樹脂、含羧基的陰離子水性氟改性聚氨酯樹脂、含羧基的陰離子水性硅改性聚氨酯樹脂中的一種或多種；所述含羧基的陰離子水性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－50～＋50℃；所述含羧基的陰離子水性丙烯酸改性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－25～＋80℃；所述含羧基的陰離子水性氟改性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－50～＋60℃；所述含羧基的陰離子水性硅改性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－50～＋60℃。

上述耐水顏料是透明氧化鐵系、炭黑、鈦白、偶氮類顏料、酞菁類顏料、靛藍類顏料、紫環(huán)酮類顏料、苝類顏料、喹吖啶酮類顏料，異吲哚滿酮類顏料、金屬絡(luò)合物顏料、表面被鈍化鋁粉、珠光粉中的一種或多種。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的另一種技術(shù)方案是：一種上述的涂料的制備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將含有羥基的低聚物加入反應(yīng)容器中；

步驟二，加入多異氰酸酯，升溫至75～85℃反應(yīng)1.5h以上，

步驟三，加入金屬有機物繼續(xù)反應(yīng)1.5h以上；

步驟四，降溫至60℃以下，得到界面附著力增進劑；

步驟五，將耐水顏料、含羧基的陰離子水性樹脂、助劑、界面附著力增進劑和去離子水混合攪拌15～50min，過濾后得到涂料。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的另一種技術(shù)方案是：一種上述的涂料的應(yīng)用，在非結(jié)晶塑膠基材上涂覆所述涂料，所述涂料固化形成涂層后，再在所述涂層上涂覆UV罩光清漆，用于提高涂料與非結(jié)晶塑膠基材之間的界面附著力，以及涂料與UV罩光清漆之間的界面附著力。

本發(fā)明具有積極的效果：

（1）本發(fā)明的涂料是水性單組分塑膠涂料，呈乳液狀，可用于如ABS、PVC、PS、HIPS、PC等塑料基材的外保護，還可以與UV罩光清漆配套使用。界面附著力增進劑由金屬有機物、含有羥基的低聚物和多異氰酸酯合成，其充分利用這些原料中的氨酯鍵、脲鍵對基材的強吸附作用，并且還利用了鋁、鈦、鋯等有機物中分子中缺電子的強配位作用來提高對非結(jié)晶塑膠基材的吸附性，也就是說樹脂與基材通過鈦、鋁、鋯等酸酯的架橋作用最終使得涂層的附著力和強度都得到了提高。所以，本發(fā)明的涂料可以在非結(jié)晶塑膠基材表面不進行增加附著力處理的條件下直接對其噴涂，作為面漆獲得良好的附著力，并且與UV罩光清漆配套仍能保持優(yōu)異的附著力。

（2）本發(fā)明的涂料不含歐盟rohs受限重金屬及有機物，形成的涂層具有較好的耐水性、耐候性、良好的機械性能、高光、耐濕氣等優(yōu)點。本發(fā)明從脫石油化、減少二氧化碳排放、減少VOC排放、實用等觀點考慮，能夠大幅度地減輕對環(huán)境的負荷。更重要的是將涂料制備成單組份，將溶劑型丙烯酸樹脂涂料轉(zhuǎn)換為水性化的單組份塑膠涂料，提高了涂料的使用效能，能夠適應(yīng)生產(chǎn)流水線的要求。

（3）本發(fā)明的涂料的涂裝方法無特別限定，可以刷涂、滾涂、空氣噴涂、高壓無空氣噴涂、浸涂、靜電噴涂等。涂布后，通過常溫干燥或加熱干燥，可以得到固化涂層。另外，根據(jù)涂料的種類和所適用環(huán)境的被涂物，可以任意地設(shè)定涂布量、涂裝順序、涂層厚度、干燥時間等。

具體實施方式

實施例1

本實施例的涂料的制備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將A81醛樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入TDI三聚體，升溫至80℃，反應(yīng)2h。加入TDI三聚體的同時加入適量的催化劑二月桂酸二丁基錫可以有效地縮短反應(yīng)時間。

步驟三，加入鈦酸異丙酯繼續(xù)反應(yīng)2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的鈦酸異丙酯、TDI三聚體和A81醛樹脂的質(zhì)量比為4∶2∶1。按這個質(zhì)量比添加金屬有機物、多異氰酸酯和含有羥基的低聚物制備得到的界面附著力增進劑最為穩(wěn)定。

步驟五，將20重量份的炭黑色漿、100重量份的含羧基的陰離子水性聚氨酯樹脂、10重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進行攪拌分散，轉(zhuǎn)速設(shè)為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－50～＋50℃。其中的助劑采用現(xiàn)有的常用分散劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。如果還需要添加紫外光吸收劑、光穩(wěn)定劑、防凍劑、防霉劑等其他助劑，可以繼續(xù)往拉缸中添加，再攪拌30min。最后用120目干凈尼龍網(wǎng)過濾，包裝，即得到黑色涂料。

本實施例的涂料在基材表面固化后，按照《GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗》與未添加界面附著力增進劑的涂料做對照試驗。本實施例的涂料形成的涂層，用膠帶用力拉百格后，切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落。未添加界面附著力增進劑的涂料形成的涂層，脫落總面積大于65%。

實施例2

本實施例的涂料的制備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將固體羥基丙烯酸樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入TDI-TMP加成物，升溫至80℃，反應(yīng)2h。

步驟三，加入異丙醇鋁繼續(xù)反應(yīng)2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的異丙醇鋁、TDI-TMP加成物和固體羥基丙烯酸樹脂的質(zhì)量比為4∶2∶1。

步驟五，將35重量份的鈦白色漿、5重量份的硫酸鋇、100重量份的含羧基的陰離子水性丙烯酸改性聚氨酯樹脂、8重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進行攪拌分散，轉(zhuǎn)速設(shè)為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性丙烯酸改性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－25～＋80℃。其中的助劑采用現(xiàn)有的常用分散劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。最后用120目干凈尼龍網(wǎng)過濾，包裝，即得到白色涂料。

本實施例的涂料在非結(jié)晶塑膠基材上固化形成涂層后，再在表面噴涂UV罩光清漆，按照《GB/T9286-1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗》與未添加界面附著力增進劑的涂料，同樣固化后噴涂UV罩光清漆做對照試驗。本實施例的水性單組分塑膠涂層外的噴涂UV罩光清漆涂層，用膠帶用力拉百格后，切口的邊緣完全光滑，格子邊緣沒有任何剝落。未添加界面附著力增進劑的水性單組分塑膠涂層外的噴涂UV罩光清漆涂層，脫落總面積大于65%。

實施例3

本實施例的涂料的制備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將環(huán)氧樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入縮二脲N75，升溫至80℃，反應(yīng)2h。

步驟三，加入鋯酸酯繼續(xù)反應(yīng)2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的鋯酸酯、縮二脲N75和環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為4∶2∶1。

步驟五，將33重量份的酞菁藍色漿、100重量份的含羧基的陰離子水性氟改性聚氨酯樹脂、10重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進行攪拌分散，轉(zhuǎn)速設(shè)為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性氟改性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－50～＋60℃。其中的助劑采用現(xiàn)有的常用分散劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。最后用120目干凈尼龍網(wǎng)過濾，包裝，即得到藍色涂料。

實施例4

本實施例的涂料的制備方法，包括以下具體步驟：

步驟一，將醇酸樹脂加入帶有冷凝器和攪拌的三口瓶中。

步驟二，加入N3390HDI，升溫至80℃，反應(yīng)2h。

步驟三，加入乙酰丙酮鋁繼續(xù)反應(yīng)2h。

步驟四，降溫至60℃以下出料，得到界面附著力增進劑。上述步驟中所加入的乙酰丙酮鋁、TN3390HDI和醇酸樹脂的質(zhì)量比為4∶2∶1。

步驟五，將35重量份的鈦白色漿、100重量份的含羧基的陰離子水性硅改性聚氨酯樹脂、8重量份的助劑、3重量份的界面附著力增進劑和20重量份的去離子水投入不銹鋼拉缸中進行攪拌分散，轉(zhuǎn)速設(shè)為700rad/min，攪拌20min。含羧基的陰離子水性硅改性聚氨酯樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg）為－50～＋60℃。其中的助劑采用現(xiàn)有的常用分散劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑和成膜助劑。最后用120目干凈尼龍網(wǎng)過濾，包裝，即得到白色涂料。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。